專利名稱：一種間歇式常壓縮聚裝置及工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于縮聚反應(yīng)器及縮聚反應(yīng)工藝方法，特別涉及一種間歇式常壓縮聚裝置及工藝方法。
背景技術(shù)：
以聚對苯二甲酸二甲酯(PET)為代表的聚酯類，由于其優(yōu)良的物理及化學性質(zhì)在多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。目前成熟的制造方法為在聚合后縮聚段抽真空排除小分子使分子量提高。由此帶來諸多問題如真空操作對縮聚反應(yīng)器的密封性要求高，真空系統(tǒng)易堵塞，設(shè)備投資龐大，設(shè)備維修費用高等。而非真空操作可避免上述問題。日本專利(JP特開平9-268231)研究用旋轉(zhuǎn)式噴出裝置將預(yù)縮聚反應(yīng)料([η]＝0.1-0.4)噴向氮氣流中形成微小液滴，以獲得極大的擴散表面積或?qū)㈩A(yù)縮聚物通入環(huán)狀連續(xù)傳送帶上形成極限薄膜，同時吹入大量氮氣，短時間內(nèi)快速脫揮。杜邦公司在管式預(yù)縮聚與齊聚物固相縮聚基礎(chǔ)上，研究熔體直接常壓縮聚工藝方法。在基本保留傳統(tǒng)縮聚反應(yīng)器結(jié)構(gòu)的前提下，通過高速氮氣與熔體的逆流接觸，來保持氣流中夾帶的乙二醇(EG)蒸汽分壓低于反應(yīng)溫度下EG對熔體的平衡蒸汽壓，并以此獲得足夠的傳質(zhì)速度。上述非真空工藝方法都是針對連續(xù)聚合工藝方法而言。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是用本發(fā)明涉及的聚合裝置及縮聚工藝方法，取消真空系統(tǒng)，取代傳統(tǒng)縮聚工藝方法的負壓操作，避免了真空負壓操作帶來的諸多問題。采用本發(fā)明聚合裝置及工藝方法可實現(xiàn)聚酯的常壓聚合，提高聚合后縮聚段的聚合速度，提高生產(chǎn)效率，同時生產(chǎn)的產(chǎn)品品質(zhì)比真空工藝方法高。本發(fā)明主要針對間歇聚合操作，適用于小批量、多品種、差別化、高附加值產(chǎn)品的開發(fā)生產(chǎn)。
本發(fā)明的技術(shù)方案內(nèi)容詳述如下一種間歇式常壓縮聚裝置，其特征在于由間歇縮聚合釜及氣體凈化循環(huán)裝置組成，聚合釜有大的長徑比，釜體為圓柱形，釜底為錐形，底部設(shè)有物料排出口，在釜頂設(shè)有氣體及低分子生成物出口，釜體內(nèi)設(shè)有環(huán)行氣體分布器，攪拌器為雙層復(fù)合式。
釜體長徑比為1.5--2.5。
聚合釜內(nèi)環(huán)形氣體分配器，以物料排出口為中心，以聚合釜半徑為直徑安裝于釜內(nèi)，環(huán)上有平均分配的8個孔，開孔方向為與環(huán)形氣體分配器平面呈90°及45°角，環(huán)行氣體分配器與開孔直徑依氣體流量而定，兩方向的孔交替布置，此氣體分配器可置于熔體物料上部或物料底部。
聚合釜內(nèi)雙層復(fù)合攪拌器，底部為錨式攪拌槳，上部為一組三葉推進式槳，錨式槳安裝高度為距釜壁及釜底1-5mm。
間歇式常壓縮聚工藝方法將惰性氣體(如氮氣)通入反應(yīng)釜前應(yīng)預(yù)熱，溫度可在260℃-310℃之間。
在聚酯聚合的后縮聚段，即真空縮聚的真空段，通過不斷向反應(yīng)體系中通入惰性氣體，經(jīng)由氣體分配器使氮氣與熔體物料充分接觸而帶出低分子副產(chǎn)物，混合氣體經(jīng)冷凝凈化處理后由壓縮機提供動力，經(jīng)氣體加熱器后返回聚合釜循環(huán)使用。
體系內(nèi)壓力是大氣壓力或接近于大氣壓。
得到的高聚物需進行脫氣處理，將熔體物料導(dǎo)入排氣螺桿擠出機脫氣后鑄帶切粒，螺桿溫度控制在280±1℃。
本間歇聚合裝置及聚合工藝方法可以芳香族二元羧酸、脂肪族二元羧酸、脂環(huán)族二元羧酸及其這些酸的酯類為原料與二元醇進行的酯化和縮聚反應(yīng)。
聚酯縮聚過程復(fù)雜，平衡常數(shù)低，反應(yīng)的關(guān)鍵為小分子的脫除。當反應(yīng)物平均聚合度DP＜30時，由于反應(yīng)物分子量低，體系粘度也低，小分子副產(chǎn)物的運動容易，此階段聚合速度為化學反應(yīng)控制。當平均聚合度DP＞30時，由于分子量的上升，體系粘度增大，小分子副產(chǎn)物的運動變的困難，聚合速度為低分子產(chǎn)物的擴散傳質(zhì)控制，此階段為控制聚合反應(yīng)速度的關(guān)鍵步驟。通入的惰性氣體溫度等于或稍高于物料溫度，惰性氣體通入熔體內(nèi)部形成許多氣泡，熔體內(nèi)部由縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的氣態(tài)低分子物與氣泡發(fā)生擴散傳質(zhì)作用，包含有氣態(tài)低分子副產(chǎn)物的氣泡在攪拌作用下被帶到熔體表面，氣泡破裂后混合氣體擴散到熔體物料外部。由于氣泡在分配器作用下分布于熔體內(nèi)部，每一個氣泡都是一個傳質(zhì)單元，故傳質(zhì)面積遠較真空工藝方法的熔體表面積傳質(zhì)大，故其聚合速度較真空工藝方法聚合速度快。隨熔體物料平均聚合度的提高，氣泡在熔體內(nèi)的擴散變得困難，故需逐漸提高氣體流量及攪拌轉(zhuǎn)速。同時流量及轉(zhuǎn)速的提高又不能使物料內(nèi)部產(chǎn)生空洞而使氣體直接逸出熔體而起不到傳質(zhì)效果。隨惰性氣體的不斷進入，釜內(nèi)的混合氣體由釜頂氣相出口被排出釜外。本發(fā)明縮聚釜具有大的長徑比，可避免低聚物的夾帶。排出的混合氣體經(jīng)凈化預(yù)熱后返回縮聚釜。如此循環(huán)，待反應(yīng)物平均分子量達到要求后停止反應(yīng)。由于反應(yīng)產(chǎn)物粘度較大，熔體內(nèi)的氣泡無法完全逸出，需對物料進行脫氣處理，此過程由排氣式螺桿擠出機完成。
本發(fā)明的優(yōu)點是在間歇反應(yīng)裝置上實現(xiàn)了常壓縮聚，且通入的惰性氣體(如氮氣)能循環(huán)使用，整個體系密閉，避免環(huán)境污染。本裝置可按要求制造，也可由原間歇釜改造而成，對原間歇釜的改造容易，設(shè)備改造費低。整個反應(yīng)體系內(nèi)為常壓或微正壓。用改造后的聚合裝置生產(chǎn)，聚合反應(yīng)速度與產(chǎn)品品質(zhì)較真空工藝方法有所提高。改造后的間歇式反應(yīng)裝置仍能進行真空工藝方法的操作。


圖1是間歇式常壓縮聚裝置示意2是間歇式常壓縮聚裝置的攪拌葉示意3是間歇式常壓縮聚裝置的通氣管示意4是間歇式常壓縮聚工藝流程框圖具體實施例一種間歇式常壓縮聚裝置，由間歇縮聚合釜及氣體凈化循環(huán)裝置組成，聚合釜有大的長徑比，釜體1為圓柱形，釜底2為錐形，底部設(shè)有物料排出口3，在釜頂設(shè)有氣體及低分子生成物出口4，釜體內(nèi)設(shè)有環(huán)行氣體分配器5，攪拌器為雙層復(fù)合式。
釜體長徑比為1.5-2.5。
聚合釜內(nèi)環(huán)形氣體分配器5，以物料排出口為中心，以聚合釜半徑為直徑安裝于釜內(nèi)，環(huán)上有平均分配的8個孔6，開孔方向為與環(huán)形氣體分配器平面呈90°及45°角，環(huán)行氣體分配器與開孔直徑依氣體流量而定，兩方向的孔交替布置，此氣體分配器可置于熔體物料上部或物料底部。
聚合釜內(nèi)雙層復(fù)合攪拌器，底部為錨式攪拌槳7，上部為一組三葉推進式槳8，錨式槳安裝高度為距釜壁及釜底1-5mm。
實施例1下部進氣口。
將由對苯二甲酸二甲酯(DMT)與EG酯交換或?qū)Ρ蕉姿?PTA)與EG直接酯化(酯化率＞90％)得到的對苯二甲酸雙羥乙酯(BHET)4000g、銻系催化劑0.035％(重量百分比)、穩(wěn)定劑磷酸三苯酯(TPP)0.035％(重量百分比)，加入縮聚釜后升溫。內(nèi)溫200℃時開攪拌，升溫至250℃，此階段收集反應(yīng)產(chǎn)生出的EG。同時用氮氣吹掃氣體凈化裝置及壓縮機，置換體系內(nèi)空氣。待釜內(nèi)溫至250℃時，向縮聚釜通入氮氣，氣體溫度控制在260℃---310℃。氣體流量1.0m3/hr，攪拌轉(zhuǎn)速30rpm。之后逐漸提高反應(yīng)溫度，并逐漸提高攪拌轉(zhuǎn)速和氣體流量，轉(zhuǎn)速最終為65rpm氣體流量為5.0m3/hr，聚合反應(yīng)終溫控制在280℃-285℃。進入反應(yīng)釜內(nèi)的氮氣與熔體接觸，帶出低分子副產(chǎn)物(如EG等)，經(jīng)冷凝器收集大部分液相副產(chǎn)物后，進入氣體凈化裝置脫除副反應(yīng)生成的小分子如醛類，經(jīng)壓縮機提供動力進入氣體加熱器后返回聚合釜循環(huán)使用。待反應(yīng)物分子量達到要求時終止反應(yīng)，由熔體泵將物料打入排氣式螺桿擠出機，脫除物料內(nèi)夾帶的氣泡后鑄帶切粒。結(jié)果如表1。
實施例2上部進氣口氣體與擴散到物料表面的低分子產(chǎn)物(如EG)進行傳質(zhì)，將其帶出釜外。其它與例1相同，結(jié)果如表1。
比較例真空縮聚工藝方法將定BHET4000g、銻系催化劑0.035％(重量百分比)、穩(wěn)定劑TPP0.035％(重量百分比)，加入縮聚釜后升溫，200℃開攪拌，收集反應(yīng)生成的EG，待釜內(nèi)溫升至250℃時抽真空，反應(yīng)終溫控制在280---285℃，真空度100---200pa。結(jié)果如表1。
表1

權(quán)利要求
1.一種間歇式常壓縮聚裝置，其特征在于由間歇縮聚合釜及氣體凈化循環(huán)裝置組成，聚合釜有大的長徑比，釜體為圓柱形，釜底為錐形，底部設(shè)有物料排出口，在釜頂設(shè)有氣體及低分子生成物出口，釜體內(nèi)設(shè)有環(huán)行氣體分配器，攪拌器為雙層復(fù)合式。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的間歇式常壓縮聚裝置，其特征在于，釜體長徑比為1.5-2.5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的間歇式常壓縮聚裝置，其特征在于聚合釜內(nèi)環(huán)形氣體分配器，以物料排出口為中心，以聚合釜半徑為直徑安裝于釜內(nèi)，環(huán)上有平均分配的8個孔，開孔方向為與環(huán)形氣體分配器平面呈90°及45°角的孔，環(huán)行氣體分配器與開孔直徑依氣體流量而定，兩方向的孔交替排列，此氣體分配器可置于熔體物料上部或物料底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的間歇式常壓縮聚裝置，其特征在于聚合釜內(nèi)雙層復(fù)合式攪拌器，在錨式攪拌槳上部還有一組三葉推進式槳葉，錨式槳安裝高度為距釜壁及釜底1-5mm。
5.一種間歇式常壓縮聚裝置的縮聚工藝方法，其特征在于通過不斷向反應(yīng)體系中通入惰性氣體，經(jīng)由氣體分配器使惰性氣體與熔體物料充分接觸而帶出低分子副產(chǎn)物，混合氣體經(jīng)冷凝凈化處理后由壓縮機提供動力，經(jīng)氣體加熱器后返回聚合釜循環(huán)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的間歇式常壓縮聚裝置的縮聚工藝方法，其特征在于惰性氣體通入反應(yīng)釜前應(yīng)預(yù)熱，溫度可在260℃-310℃之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的間歇式常壓縮聚裝置的縮聚工藝方法，其特征在于所述的惰性氣體是氮氣。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的間歇式常壓縮聚裝置的縮聚工藝方法，其特征在于體系內(nèi)壓力是大氣壓力或接近于大氣壓。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的間歇式常壓縮聚裝置的縮聚工藝方法，其特征在于得到的高聚物需進行脫氣處理，將熔體物料導(dǎo)入排氣螺桿擠出機脫氣后鑄帶切粒，螺桿溫度控制在280±1℃。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的間歇式常壓縮聚裝置的縮聚工藝方法，其特征在于以芳香族二元羧酸、脂肪族二元羧酸、脂環(huán)族二元羧酸及其這些酸的酯類為原料與二元醇進行的酯化和縮聚反應(yīng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種間歇式常壓縮聚反應(yīng)器及縮聚工藝方法。該裝置由聚合釜及氣體凈化循環(huán)裝置組成。本發(fā)明涉及聚合釜具有長徑比大的特點，在聚合釜內(nèi)部設(shè)有環(huán)形氣體分布器，攪拌槳為雙層復(fù)合式攪拌。惰性氣體從釜內(nèi)帶出低分子副產(chǎn)物后排出，經(jīng)凈化后循環(huán)使用。待反應(yīng)物分子量達到要求后終止反應(yīng)，產(chǎn)物由排氣螺桿擠出機脫氣后擠出，鑄帶切粒。用本發(fā)明涉及聚合裝置實施的縮聚工藝方法(如聚酯后縮聚段)避免了傳統(tǒng)縮聚工藝方法的負壓操作，解決了真空操作帶來的諸多問題，且可提高產(chǎn)品品質(zhì)。
文檔編號C08G85/00GK1569927SQ0313045
公開日2005年1月26日 申請日期2003年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月24日
發(fā)明者馬國玉, 楊瑞玲, 韓瑞蓮, 邵平均, 詹峰, 郭子田 申請人:中國石化集團天津石油化工公司